Низколегированные стали. Области их применения. Особенности технологического процесса их плавки и литья

Усадка стали. Проявление усадки в жидком состоянии, при затвердевании и в твердом состоянии. Формирование усадочных раковин и усадочной пористости. Методы устранения и предупреждения их образования. Прибыли, их размещение, расчет количества и размеров.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 5

Усадка – совокупность явлений, приводящих к сокращению объёма и линейных размеров сплава, залитого в форму, при его затвердевании и охлаждении.

Усадочная пористость – это дефект в виде мелких пор, образовавшихся в отливке в результате усадки стали в процессе ее затвердевания при недостаточном питании отливки.

Усадка стальных отливок может быть объёмной (ε_ν), линейной (ε_l), литейной (ε_лит) и выражается в процентах:

ε_ν = [(V_ф-V_о)/V_о]*100%

ε_l = [(l_ф-l_о)/l_о]*100%

ε_лит = [(l_м-l_о)/l_о]*100%

V_ф – объём формы;V_о – объём отливки; l_ф – линейный размер формы; l_о – линейный размер отливки при нормальной температуре; l_м – линейный размер модели.

При охлаждении отливки в форме от температуры заливки стали до температуры окружающей среды можно выделить 3 этапа объёмной усадки:

1) В жидком состоянии от температуры заливки до температуры ликвидус. Чем выше перегрев стали над температурой ликвидус при заливке, тем больше усадка в жидком состоянии. Из-за этой усадки возможны появления усадочной раковины и пористости.

2) Объёмная усадка в интервале кристаллизации. Она складывается из усадки при изменении агрегатного состоянии стали, усадки ещё оставшейся жидкой фазы и усадки образовавшейся твёрдой фазы. Условно принято считать, что в интервале температур ликвидус – солидус усадку претерпевает половина объёма сплава в жидком и половина в твёрдом состоянии. Для конкретных сталей величина данной усадки является постоянной величиной. Из-за этой усадки возможны появления усадочной раковины и пористости.

3) Объёмная усадка в твёрдом состоянии при охлаждении отливки от температуры солидуса до комнатной. Эта усадка в основном зависит от температуры солидуса (т.к. комнатная температура очень мала по сравнению с температурой солидуса) и коэффициента объёмной усадки в твёрдом состоянии. Из-за этой усадки возможно появление трещин, напряжения в отливки, коробления и несоответствие размеров.

Уменьшают усадку элементы: W, Ni. Увеличивают: Mn, Cr, Si, Al, C.

Причины появления усадочных полостей:

1) изменение объёма залитого металла в форму происходит в условиях перепада температур по сечению отливки. Когда наружные слои отливки уже затвердели, внутренние могут находится ещё в жидком состоянии. В этом случае затвердевшая корочка ограничивает объём жидкого металла, заключённого внутри неё.

2) У многих сталей коэф. термического сжатия в жидком состоянии и в период кристаллизации больше, чем в твёрдом состоянии. Поэтому изменение объёма корочки на поверхности металла будет меньше чем изменение внутреннего объёма металла. Эта разница проявляется в виде усадочных пустот: концентрированных усадочных раковин или рассредоточенной пористости.

Чем больше температурный интервал кристаллизации сплава, тем больше протяжённость двухфазной зоны и тем больше склонность к образованию рассеянных пор. Кристаллизация чистых сплавов происходит с образованием концентрированной усадочной раковины. Интенсивное охлаждение способствует возникновению концентрированной усадочной полости. Охлаждение отливки с малой интенсивностью приводит к развитию обширной зоны усадочной пористости. Чем крупнее отливка и больше ее толщина, тем больших размеров формируется усадочная раковина, а также протяженнее становится зона усадочной пористости.

Для получения плотной отливки устанавливают прибыли. Прибыли должны быть установлены так, чтобы соблюдался принцип направленного затвердевания (от торцевых или периферийных зон к внутренним, от тонких стенок – к толстым, а от массивной части отливки – к прибыли). Часть отливки, затвердевающая в последнюю очередь, называется тепловым узлом. Количество прибылей обычно равно числу тепловых узлов. Отливки, имеющие толстые протяженные стенки одинакового сечения также требуют питания. Объем прибыли рассчитывается по формуле Намюра-Шкленника. Как правило, прибыли устанавливают на торцевых поверхностях отливки. На необрабатываемых поверхностях прибыль нежелательна. Недопустимо, когда длина прибыли сопоставима с периметром отливки.

В низколегированных сталях количество ЛЭ менее 3%. Пример: азотосодержащие коррозионностойкие литейные стали. Технология получения данных сталей предусматривает получение в печи полупродукта из легированных отходов и лома. Этот полупродукт, температура которого 1750 ⁰С, сливают со шлаком в ковш и продувают осушенным воздухом и азотом. После раскисления сталь сливают в разливочный ковш. Раскисление ведется Са. Выплавленная, таким образом, низколегированная никелем азотосодержащая сталь содержит 0,12-0,16 % азота. Исходные материалы: легир.отходы и лом дешевых марок.

Низколегированная сталь применяется для изготовления корпусов вагонов железнодорожных, метро, трамвая, несущих конструкций локомотивов, сельскохозяйственных и других полевых машин и инженерных сооружений, работающих в условиях переменных динамических нагрузок и сезонных и суточных теплосмен.

Дата добавления: 2015-04-24